基于不同结构等级环糊精超分子的难溶性药物递送研究

发布时间：2020-06-25 02:20

【摘要】：研究背景:超分子化学主要研究分子之间基于非共价弱相互作用形成的有序、有功能的分子聚合物,将化学、材料学和生命科学紧密关联起来。环糊精(CD)化学是超分子化学中的热门研究领域之一,在医药学领域得到广泛的应用。难溶性药物的低溶解度和低生物利用度是影响其制剂开发和临床应用的重要因素。而CD在空间上可形成不同结构等级的超分子,可用于难溶性药物的递送,不同结构等级的CD超分子则具有不同的应用特点。在单个分子水平,CD呈中空“筒状”结构,通过与药物分子的主-客体包合作用形成包合物,实现对药物的高效增溶,改善难溶性药物的成药性。基于和金属离子的配位作用,CD分子可组装形成三维空间有序排列的多孔性金属有机骨架聚合物(CD-MOF),由于在空间结构上不同于单一CD分子,CD-MOF可能实现难溶性药物的超高载药量,进而改善药物的溶解度和生物利用度。对CD-MOF的结构进一步进行功能化修饰,使具备刺激-敏感性释药能力,可用于药物的体内靶向递送。基于不同结构等级的CD超分子载药体系的设计和评价,可实现难溶性药物递送的多样性需求。本研究将针对NLG919、叶酸(FA)和西洛他唑(Cil)三种难溶性药物的不同递送需求,基于不同结构等级CD超分子的特点,解决以上三种药物的具体递送问题。研究方法:(1)采用搅拌法构建NLG919/CD、FA/CD-MOF和Cil/BRAP-MOF超分子载药体系;(2)采用扫描电子显微镜(SEM)、动态光散射法(DLS)、差示扫描量热法(DSC)、核磁共振氢谱(~1H-NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、粉末X-射线衍射(PXRD)、小角X-射线散射分析(SAXS)、气体吸附和分子模拟等方法,分别对BRAP、BRAP-MOF以及NLG919/CD、FA/CD-MOF和Cil/BRAP-MOF等载体或载药体系进行充分的表征和评价,并揭示其载药过程和机制;(3)在细胞水平对NLG919/CD和BRAP-MOF的生物安全性和药效学进行评价;在大鼠体内评价FA/CD-MOF的口服生物利用度;在荷瘤鼠体内评价NLG919/CD与紫杉醇(PTX)联合给药的抑瘤效果。研究结果:(1)多种CD不同程度地改善了NLG919的溶解性,其中HP-β-CD被选为最优载体用于NLG919的递送;DSC、PXRD、~1H-NMR和分子模拟等表征手段揭示了NLG919/HP-β-CD的载药机制:NLG919分子中的环己基和中间桥连的取代乙醇部分被嵌入到HP-β-CD的内部空腔中,而咪唑并异吲哚基团部分被暴露在空腔外,最终形成NLG919/HP-β-CD包合物;细胞水平的实验表明:形成NLG919/HP-β-CD包合物后,NLG919的IDO-1抑制活性未受显著影响,NLG919/HP-β-CD包合物可以显著提高PTX对HeLa细胞和4T1细胞的毒性作用;荷瘤鼠在体抑瘤实验证明了:NLG919与HP-β-CD形成包合物后,与PTX实现联合注射给药,相比于单独的PTX注射剂和PTX联合口服NLG919,均具有更加显著的肿瘤生长抑制作用,这说明NLG919/HP-β-CD包合物可以增强PTX在荷瘤鼠体内的抑瘤效果。(2)相比于单一的γ-CD,CD-MOF更为显著地改善了FA的溶解度(提高1450倍),同时CD-MOF显著提高了FA在大鼠体内的生物利用度;SEM、PXRD、FTIR、SAXS、气体吸附和分子模拟等手段揭示了FA/CD-MOF的载药机制:在低载药量(1:2)时,FA倾向于先分布在环糊精分子对中,而随着FA载药量的增加,FA逐渐向CD-MOF内部大空腔分布,并可在其中形成纳米团簇,实现FA在CD-MOF中的高载药量。(3)基于SEM、DLS、PXRD、IR和~1H-NMR等表征方法,证明了引入敏感基团的BRAP-MOF呈纳米级、荷负电的无定型颗粒,表现出一定的H_2O_2敏感性,且具有一定的Cil载药能力,体外释放实验进一步证明了Cil/BRAP-MOF具有浓度依赖性的H_2O_2敏感释药能力,并在细胞水平体现出了良好的生物安全性,对超氧微环境中的细胞具有一定的保护作用。结论:本文针对不同结构等级CD超分子特点,探索了不同结构层次的CD与其不同药物递送功能之间的关系,实现了难溶性药物的多种递送需求。在单个CD的超分子水平上,基于主-客体包合作用,显著改善了难溶性药物NLG919的溶解度,实现NLG919的注射给药,且NLG919/HP-β-CD包合物显著改善了PTX对荷瘤鼠的抑瘤效果;利用CD-MOF三维有序排列的多孔骨架结构,实现对FA的超能力载药,显著改善其溶解度和口服生物利用度,阐明了FA/CD-MOF的超高载药机制,完善了CD-MOF独特双重空腔的超分子结构的载药机制;最后,对CD-MOF的结构进行功能化交联,制备了一种H_2O_2敏感性的新型超分子给药载体BRAP-MOF,为药物的体内血栓靶向递送奠定基础。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海药物研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R943
【图文】：

示意图,研究思路,示意图,靶向

第 1 章引言（3）交联型 BRAP 环糊精超分子实现血栓靶向递药：在 CD-MOF 的上，本章拟利用 H2O2敏感性的交联剂 BRAP 与 CD-MOF 进行交联反应有 H2O2敏感释药能力的 BRAP-MOF 超分子给药系统，并利用西洛他溶性的抗血栓药物，验证 BRAP-MOF 的载药能力和 H2O2敏感释药能联型 BRAP 环糊精超分子体系用于难溶性药物的血栓靶向递送奠定基础

增溶,环糊精,溶解度,摩尔比

用以增溶 NLG919，制备 NLG919 的注射制剂，对 NLG919 的基础研究和临床应用具有重要的参考价值。表 2.1 NLG919 经不同环糊精增溶后的溶解度及其载药摩尔比（n = 3）Table 2.1 Solubility of NLG919 loaded by CDs and molar ratios of NLG919/CDs (n = 3)1%环糊精溶解度 S（mg/mL）mean ±s.d.载药摩尔比（NLG919/CDs）增溶倍数-CD 0.043 ±0.003 0.015 2.83β-CD 0.709 ±0.012 0.285 46.99γ-CD 0.062 ±0.008 0.028 4.09HP-β-CD 0.708 ±0.010 0.350 46.92M-β-CD 0.872 ±0.010 0.403 57.80SBE-β-CD 0.378 ±0.027 0.287 25.07

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